Nuotrauka iš autorės kolekcijos
1. Istorija
Burbulinė atmintis arba cilindrinė magnetinio domeno atmintis yra nepastovi atmintis, kurią 1967 m. Bell Labs sukūrė Andrew Bobeck. Tyrimai parodė, kad vieno kristalo plonose feritų ir granatų plėvelėse susidaro nedideli cilindriniai magnetiniai domenai, kai statmenai plėvelės paviršiui nukreipiamas pakankamai stiprus magnetinis laukas. Keičiant magnetinį lauką, šiuos burbulus galima perkelti. Dėl tokių savybių magnetiniai burbuliukai idealiai tinka kurti nuosekliųjų bitų saugyklą, pavyzdžiui, poslinkių registrą, kuriame burbulo buvimas arba nebuvimas tam tikroje padėtyje rodo nulinę arba vieno bito reikšmę. Burbulas yra dešimtųjų mikrono skersmens, o viename luste galima saugoti tūkstančius bitų duomenų. Taigi, pavyzdžiui, 1977 m. pavasarį „Texas Instruments“ pirmą kartą rinkai pristatė lustą, kurio talpa 92304 bitai. Ši atmintis yra nepastovi, todėl ji panaši į magnetinę juostelę ar diską, tačiau kadangi ji yra kietojo kūno ir neturi judančių dalių, ji yra patikimesnė nei juosta ar diskas, nereikalauja priežiūros, yra daug mažesnė ir lengvesnė. gali būti naudojamas nešiojamuose įrenginiuose.
Iš pradžių burbulinės atminties išradėjas Andrew Bobekas pasiūlė „vienmatę“ atminties versiją, siūlą, aplink kurią vyniojama plona feromagnetinės medžiagos juostelė. Tokia atmintis buvo vadinama „twistor“ atmintimi ir netgi buvo gaminama masiškai, tačiau netrukus ją pakeitė „dvimatė“ versija.
Apie burbulų atminties kūrimo istoriją galite perskaityti [1-3].
2. Veikimo principas
Čia prašau atleisti, aš nesu fizikas, todėl pristatymas bus labai apytikslis.
Kai kurios medžiagos (pavyzdžiui, gadolinio galio granatas) turi savybę būti įmagnetintos tik viena kryptimi, o jei išilgai šios ašies bus veikiamas pastovus magnetinis laukas, įmagnetintos sritys sudarys kažką panašaus į burbulus, kaip parodyta paveikslėlyje žemiau. Kiekvienas burbulas yra tik kelių mikronų skersmens.
Tarkime, kad turime ploną, maždaug 0,001 colio, kristalinę tokios medžiagos plėvelę, nusodintą ant nemagnetinio, pavyzdžiui, stiklo, pagrindo.
Viskas apie magiškus burbulus. Paveikslėlis kairėje - nėra magnetinio lauko, paveikslas dešinėje - magnetinis laukas nukreiptas statmenai plėvelės paviršiui.
Jei tokios medžiagos plėvelės paviršiuje raštas susidaro iš magnetinės medžiagos, pavyzdžiui, permalijo, geležies ir nikelio lydinio, tada burbuliukai bus įmagnetinti į šio rašto elementus. Paprastai naudojami T formos arba V formos elementų modeliai.
Vieną burbulą gali suformuoti 100-200 oerstedų magnetinis laukas, kuris taikomas statmenai magnetinei plėvelei ir sukuriamas nuolatinio magneto, o besisukantis magnetinis laukas, suformuotas dviejų ritinių XY kryptimis, leidžia judėti burbulo domenai iš vienos magnetinės „salos“ į kitą, kaip parodyta paveikslėlyje. Keturis kartus pakeitus magnetinio lauko kryptį, domenas persikels iš vienos salos į kitą.
Visa tai leidžia mums laikyti CMD įrenginį pamainų registru. Jei viename registro gale suformuosime burbulus, o aptiksime juos kitame, tada galime išpūsti tam tikrą burbulų modelį ir naudoti sistemą kaip atminties įrenginį, tam tikru metu nuskaitantį ir rašantį bitus.
Iš čia seka CMD atminties privalumus ir trūkumus: privalumas yra energetinė nepriklausomybė (kol veikia nuolatinių magnetų sukurtas statmenas laukas, burbuliukai niekur nedings ir nepajudės iš savo pozicijų), o trūkumas yra ilgas prieigos laikas, nes norėdami pasiekti savavališką bitą, turite slinkti visą pamainų registrą į norimą padėtį ir kuo jis ilgesnis, tuo daugiau ciklų tam reikės.
Magnetinių elementų raštas ant CMD magnetinės plėvelės.
Magnetinio domeno sukūrimas angliškai vadinamas „nucleation“ ir susideda iš to, kad į apviją maždaug 100 ns yra taikoma kelių šimtų miliamperų srovė ir sukuriamas statmenas magnetinis laukas. plėvelė ir priešinga nuolatinio magneto laukui. Taip plėvelėje susidaro magnetinis „burbulas“ – cilindrinis magnetinis domenas. Procesas, deja, labai priklauso nuo temperatūros, gali nepavykti rašymo operacija nesusidarius burbului arba susidaryti keli burbuliukai.
Duomenims iš filmo nuskaityti naudojami keli būdai.
Vienas iš būdų, neardomasis skaitymas, yra aptikti silpną cilindrinio domeno magnetinį lauką naudojant magnetorezistinį jutiklį.
Antrasis būdas – destruktyvus skaitymas. Burbulas nukeliamas į specialų generavimo/aptikimo takelį, kur burbulas sunaikinamas medžiagos įmagnetinimu į priekį. Jei medžiaga būtų įmagnetinta atvirkštiniu būdu, t. y. būtų burbulas, tai sukeltų daugiau srovės ritėje ir tai būtų aptikta elektroninės grandinės. Po to burbulas turi būti iš naujo sugeneruotas specialiame įrašymo takelyje.
Tačiau jei atmintis sutvarkyta kaip vienas gretimas masyvas, ji turės du didelius trūkumus. Pirma, prieigos laikas bus labai ilgas. Antra, vienas grandinės defektas sukels visišką viso įrenginio neveikimą. Todėl jie sukuria atmintį, suskirstytą į vieną pagrindinį takelį ir daug pavaldžių takelių, kaip parodyta paveikslėlyje.
Burbulo atmintis su vienu nenutrūkstamu takeliu
Burbulinė atmintis su pagrindinio / pavaldaus takeliais
Tokia atminties konfigūracija leidžia ne tik labai sutrumpinti prieigos laiką, bet ir leidžia gaminti atminties įrenginius, kuriuose yra tam tikras defektinių takelių skaičius. Atminties valdiklis turi į juos atsižvelgti ir apeiti skaitymo / rašymo operacijų metu.
Žemiau esančiame paveikslėlyje parodytas burbulo atminties „lusto“ skerspjūvis.
Taip pat galite perskaityti apie burbulų atminties principą [4, 5].
3. „Intel 7110“
Intel 7110 - burbulinės atminties modulis, MBM (magnetinė-burbulinė atmintis), kurio talpa 1 MB (1048576 bitai). Būtent jis pavaizduotas KDPV. 1 megabitas yra vartotojo duomenų saugojimo talpa, atsižvelgiant į perteklinius takelius, bendra talpa yra 1310720 bitų. Įrenginyje yra 320 kilpinių takelių (kilpų), kurių kiekvieno talpa yra 4096 bitai, tačiau tik 256 iš jų yra naudojami vartotojo duomenims, o likusi dalis yra rezervas „sugedusiems“ takeliams pakeisti ir pertekliniam klaidų taisymo kodui saugoti. Įrenginys turi pagrindinę take-minor loop architektūrą. Informacija apie aktyvius takelius yra atskirame įkrovos takelyje (bootstrap kilpa). KDPV galite matyti šešioliktainį kodą, išspausdintą tiesiai ant modulio. Tai yra „sulaužytų“ takelių žemėlapis, 80 šešioliktainių skaitmenų reiškia 320 duomenų takelių, aktyvūs – vienu bitu, neaktyvūs – nuliu.
Originalią modulio dokumentaciją galite perskaityti [7].
Įrenginys turi dėklą su dviejų eilių kaiščių išdėstymu ir montuojamas be litavimo (į lizdą).
Modulio struktūra parodyta paveikslėlyje:
Atminties masyvas yra padalintas į dvi "pusines dalis" (puses dalis), kurių kiekviena yra padalinta į du "ketvirčius" (keturkampius), kiekviename ketvirtyje yra 80 vergų takelių. Modulyje yra plokštė su magnetine medžiaga, esančia dviejų stačiakampių apvijų viduje, kurios sukuria besisukantį magnetinį lauką. Norėdami tai padaryti, į apvijas nukreipiami trikampio formos srovės signalai, paslinkti 90 laipsnių vienas kito atžvilgiu. Plokštės ir apvijų mazgas dedamas tarp nuolatinių magnetų ir įdedamas į magnetinį ekraną, kuris uždaro nuolatinių magnetų generuojamą magnetinį srautą ir apsaugo įrenginį nuo išorinių magnetinių laukų. Plokštė dedama 2,5 laipsnių nuolydžiu, todėl išilgai šlaito susidaro nedidelis poslinkio laukas. Šis laukas yra nereikšmingas, palyginti su ritinių lauku, ir netrukdo burbuliukams judėti prietaiso veikimo metu, tačiau, kai įrenginys išjungiamas, burbuliukai perkeliami į fiksuotas padėtis permalloy elementų atžvilgiu. Stiprus statmenas nuolatinių magnetų komponentas palaiko burbuliukų magnetinių domenų egzistavimą.
Modulis turi šiuos mazgus:
- Atminties takeliai. Tiesiogiai tie permalloy elementų takeliai, kurie laiko ir nukreipia burbulus.
- replikacijos generatorius. Tarnauja burbulo, kuris nuolat yra generavimo vietoje, replikacijai.
- Įvesties takelis ir mainų mazgai. Sugeneruoti burbuliukai juda išilgai įvesties takelio. Burbulai perkeliami į vieną iš 80 vergų takelių.
- Išvesties takelis ir replikacijos mazgas. Burbulai atimami iš duomenų takelių jų nesunaikinant. Burbulas skyla į dvi dalis, ir viena iš jų patenka į išvesties takelį.
- Detektorius. Burbulai iš išvesties takelio patenka į magnetorezistinį detektorių.
- Įkeliamas takelis. Įkrovos takelyje yra informacijos apie aktyvius ir neaktyvius duomenų takelius.
Žemiau mes apžvelgsime šiuos mazgus išsamiau. Šių mazgų aprašymą taip pat galite perskaityti [6].
burbulų generavimas
Norėdami sukurti burbulą, pačioje įvesties takelio pradžioje yra laidininkas, sulenktas mažos kilpos pavidalu. Jai taikomas srovės impulsas, kuris sukuria magnetinį lauką labai mažame plote, stipresniame už nuolatinių magnetų lauką. Impulsas šioje vietoje sukuria burbulą, kuris nuolat palaikomas pastovaus magnetinio lauko ir cirkuliuoja palei permalloy elementą, veikiamas besisukančio magnetinio lauko. Jei reikia įrašyti vienetą į atmintį, laidžiajai kilpai taikome trumpą impulsą ir dėl to gimsta du burbuliukai (paveiksle pažymėta kaip Bubble split seed). Vienas iš burbuliukų išstumiamas besisukančio lauko palei permalloy takelį, antrasis lieka vietoje ir greitai įgauna pradinį dydį. Tada jis pereina į vieną iš vergų takelių ir apsikeičia vietomis su jame cirkuliuojančiu burbulu. Jis, savo ruožtu, pasiekia įvesties takelio pabaigą ir išnyksta.
burbulų mainai
Burbuliukų mainai įvyksta, kai atitinkamam laidininkui patenka stačiakampio formos srovės impulsas. Tokiu atveju burbulas neskaidomas į dvi dalis.
Duomenų skaitymas
Duomenys siunčiami į išvesties takelį replikacijos būdu ir po nuskaitymo toliau cirkuliuoja kelyje. Taigi šis įrenginys įgyvendina neardomąjį skaitymo metodą. Norėdami atkartoti, burbulas yra nukreipiamas po pailgu permalloy elementu, po kuriuo jis yra ištemptas. Viršuje taip pat yra laidininkas kilpos pavidalu, jei į kilpą nukreipiamas srovės impulsas, burbulas bus padalintas į dvi dalis. Srovės impulsas susideda iš trumpos sekcijos su didele srove, kad padalytų burbulą į dvi dalis, ir ilgesnės sekcijos su mažesne srovės srautu, kad nukreiptų burbulą į išėjimo takelį.
Išvesties takelio gale yra burbulų detektorius, magnetorezistinis tiltelis, pagamintas iš permalloy elementų, sudarančių ilgą grandinę. Kai magnetinis burbulas patenka po permalloy elementu, jo varža pasikeičia ir tilto išvestyje atsiranda kelių milivoltų potencialų skirtumas. Permalloy elementų forma parenkama tokia, kad burbulas judėtų išilgai jų, pabaigoje atsitrenktų į specialią „apsauginę“ padangą ir išnyktų.
Perteklius
Įrenginyje yra 320 takelių, kurių kiekvienas turi 4096 bitus. Iš jų 272 aktyvūs, 48 atsarginiai, neaktyvūs.
Įkrovos takelis (įkrovos ciklas)
Įrenginyje yra 320 duomenų takelių, iš kurių 256 yra skirti vartotojo duomenims saugoti, likusieji gali būti sugedę arba gali pasitarnauti kaip atsarginės dalys sugedusiems pakeisti. Viename papildomame takelyje yra informacijos apie duomenų takelių naudojimą, 12 bitų kiekviename takelyje. Kai sistema įjungiama, ją reikia inicijuoti. Inicializacijos proceso metu valdiklis turi nuskaityti įkrovos takelį ir įrašyti informaciją iš jo į specialų formatavimo lusto / srovės jutiklio registrą. Tada valdiklis naudos tik aktyvius takelius, o neaktyvūs bus ignoruojami ir į juos nebus rašomi.
Duomenų saugykla – struktūra
Vartotojo požiūriu, duomenys saugomi 2048 puslapiuose po 512 bitų. Kiekvienoje įrenginio pusėje saugoma 256 baitai duomenų, 14 bitų klaidų taisymo kodo ir 2 nepanaudoti bitai.
Klaidų taisymas
Klaidų aptikimą ir taisymą gali atlikti srovės jutiklio lustas, kuriame yra 14 bitų kodo dekoderis, kuris ištaiso vieną klaidą iki 5 bitų ilgio (burst error) kiekviename 270 bitų bloke (įskaitant patį kodą). Kodas pridedamas prie kiekvieno 256 bitų bloko pabaigos. Koregavimo kodas gali būti naudojamas arba nenaudojamas, vartotojui pageidaujant, valdiklyje galima įjungti arba išjungti kodo tikrinimą. Jei kodas nenaudojamas, visi 270 bitų gali būti naudojami vartotojo duomenims.
Prieigos laikas
Magnetinis laukas sukasi 50 kHz dažniu. Vidutinis pirmojo puslapio pirmojo bito prieigos laikas yra 41 ms, o tai yra pusė laiko, kurio reikia norint užbaigti visą takelio ciklą, pridėjus laiką, kurio reikia norint pereiti išvesties takelį.
320 aktyvių ir atsarginių trasų suskirstytos į keturias dalis po 80 trasų. Ši organizacija sumažina prieigos laiką. Ketvirčiai adresuojami poromis: kiekvienoje ketvirčių poroje yra atitinkamai lyginiai ir nelyginiai žodžio bitai. Įrenginyje yra keturi įvesties takeliai su keturiais pradiniais burbuliukais ir keturi išvesties takeliai. Išvesties takeliai naudoja du detektorius, jie išdėstyti taip, kad du burbuliukai iš dviejų takelių niekada nepataikytų į vieną detektorių tuo pačiu metu. Taigi keturi burbulų srautai yra multipleksuojami ir konvertuojami į du bitų srautus ir saugomi esamo jutiklio lusto registruose. Ten registrų turinys vėl multipleksuojamas ir per nuosekliąją sąsają siunčiamas į valdiklį.
Antroje straipsnio dalyje atidžiau pažvelgsime į burbulinės atminties valdiklio schemą.
4. Literatūra
Autorius rado tamsiausiuose tinklo kampeliuose ir išsaugojo jums daug naudingos techninės informacijos apie CMD atmintį, jos istoriją ir kitus susijusius aspektus:
1. — Du prisiminimai apie inžinierių Bobeką
2. - Du prisiminimai apie inžinierių Bobeką (2 dalis)
3. - Burbulo atmintis
4. Magnetinio burbulo atminties pritaikymas standartinėje mikrokompiuterio aplinkoje
5. — „Texas Instruments TIB 0203 Bubble Memory“.
6. — Atminties komponentų vadovas. Intel 1983 m.
7. 7110 1 megabito burbulinė atmintis
Šaltinis: www.habr.com